敲除病蟲害基因讓棉花高產又“綠色”

生物前沿

看起來深奧的基因，對研究人員們來説，則是一序列具體可觀、實在可操作的明確標的。

近日，華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室棉花團隊傳來喜訊，該團隊在棉花基因編輯系統研究方面取得系列突破，通過實施精準打靶，他們的新系統能成功敲除棉花基因中的“奸細”，為高品質棉花生產保駕護航。

4套棉花基因編輯系統走向全球

“在棉花基因編輯領域，我們處於國際領先地位。”團隊教授金雙俠説，目前團隊已研發出4套棉花基因編輯系統，在全球廣泛應用。

早在2013年，團隊嘗試將水稻、擬南芥的CRISPR編輯體系引入棉花，沒有獲得成功。後經不斷嘗試，團隊根據棉花的生物學特性，把調控元件改為棉花自身元件，第一套棉花基因編輯系統於2017年創建，編輯效率達85%。

科研攻關持續進行，棉花基因編輯系統第二套、第三套和第四套相繼成功。脱靶效應測試證明，團隊創建的基因編輯系統精準度高、脱靶率極低。“打靶精準是基因編輯成功與否的關鍵。”金雙俠稱。

國際知名學術期刊《植物科學趨勢》今年還邀約金雙俠團隊撰寫研究成果綜述並在線發表。近期，該團隊在棉花中首次建立高效CPF1和單鹼基編輯系統，進一步充實了棉花基因編輯工具庫。

農作物裏存在病蟲害誘導基因

基因編輯技術以生物體內特定基因為干涉目標，或阻礙其產生不良特徵，或對其修改使之朝積極方向變化。

“可以媲美甚至超越克隆技術。”金雙俠如是説，基因編輯技術可在基因組水平上對DNA序列進行定點改造，與以往物理和化學誘變相比，更精準、更便捷，可以做到“指哪打哪”，對人類醫療、遺傳疾病治療和改良動植物農藝性狀及生命科學眾多基礎研究意義重大。

金雙俠説，水稻、棉花、小麥等作物病蟲害的發生，正是作物基因和病毒“裏應外合”導致。作物基因裏存在病蟲害誘導基因，平時處在沉默狀態，一旦病毒來襲，這些“奸細”就活躍起來，造成作物病害，現在通常採取外界藥物噴灑或生物抵抗方式防治。

若應用基因編輯技術，就能準確找到基因中的“奸細”並精準出擊，將“奸細”基因敲除，作物自然不會染病。

利用豐富遺傳材料培育“綠色”棉花

蘋果切開後容易變色，難看、不好吃。蘋果不能左右科技，但科技可以改變蘋果。

當前，國外農業公司已研製出非褐變蘋果品種，並在美國上市銷售。這種蘋果通過基因編輯技術，將其導致褐變的基因敲除，切開後在空氣中就不會再被氧化變色。

這只是基因編輯技術在作物育種上的一次小試牛刀。基因編輯應用場景數不勝數。金雙俠介紹，除了不變色的蘋果，該技術還可更快、更高效地培育新品種，增加作物產量，提升農作物抗旱、抗病蟲害能力，增加營養價值。

目前，金雙俠團隊用基因編輯技術，研發出棉花除草劑抗性材料，實現對除草劑的抗性，已在小範圍實驗中取得成功。同時，該團隊利用高通量基因編輯技術對數以千計棉花基因進行飽和突變，以期創造出豐富的遺傳材料，培育更多抗病蟲、產量高、品質好的“綠色”棉花。

金雙俠認為，雖然基因編輯技術源頭在國外，但國內一大批科研工作者正在水稻、玉米、小麥、油菜等重要作物中開發原創性基因編輯系統，搶佔農作物基因編輯制高點。